三峡永久船闸高边坡预应力锚固技术的研究与应用1

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1、三峡双线连续五级船闸是三峡水利枢纽工程的三大重要建筑物之一，主体段长1607m，总水头113m,设计年单向通航能力5000万t,是三峡工程主要的通航建筑物。该船闸是在山体中深切开挖岩石后，形成高达170m,下部45〜68m直立墙的双向岩质高边坡（见图1）,为确保高边坡稳定性和严格控制变形，设计采用截、防、排水与岩体锚固相结合的方法,共采用3000kN级预应力锚索4000余根，高强锚杆100000余根（图2）,其工程规模和技术难度之大在世界岩石工程史上都是空前的。图1永久船闸典型横剖面开挖图图2船闸高边坡加固支护结构图一、立项背景及主要

2、研究内容•船闸预应力锚固工程规模空前，设计要求锚索钻孔偏斜率W1%,并要进入狭小的排水洞施工，试验表明，国内外钻机无法满足，成为制约永久船闸工程质量和进度的拦路虎。•锚索对开挖损伤区的加固效果急待检验•锚索施工及其质量控制必须满足边坡位移控制和长期稳定性的要求。为此，我们课题组30余名科技人员，以三峡永久船闸工程为基地经过四年多的工作，取得以下创新成果，为快速、优质建成三峡永久船闸工程提供了基本技术保证，这些创新成果集屮表现在：•研制了DKM型锚索钻孔机；•深孔钻进偏斜率W1%的精度控制技术；•建立了3000kN锚索快速施工和质量控制

3、体系；•揭示了锚索对开挖损伤区的力学作用和加固效果；•用二维、三维有限差分法，块体理论、断裂力学分析了岩石锚固的作用机理和加固效果，并为边坡锚固动态设计提供了理论依据。二、关键技术及创新点1.DKM钻机（国内首创、国家专利）开发研制成功的适用于船闸预应力锚索钻孔的DKM钻机，体积小、易于整体搬移、配有液压调平机构，成为三峡船闸预应力锚索施工的主力钻机，截至2000年8月，该钻机共完成锚索孔3000余个，占整个船闸锚索工程总量的80%以上。DKM钻机DKM型钻机的主要特点：•液压给进调平机构一一钻进过程能随时纠偏•滚动迁移机构一一整体搬

4、迁•浮动动力头一一提高刚性连接钻杆的丝扣寿命•气水分流双通道一一高效水雾除尘•给进机构的倍速设计一一解决狭小场地施工与钻机机身长度间的矛盾。1.高精度长锚索孔钻进技术(国际领先水平)能否使平均长度40m的锚索安装偏斜率达到W1%,是制约边坡预应力锚固工程质量的关键，我们经过近百次试验，创造性地建立了一套支点纠编、刚度匹配、合理的工艺参数为主的高精度深孔钻进工艺，解决了这一关键技术难题，彻底根除了预应力分布不均匀的不良影响。钻孔孔斜实测数据孔号类型孔径倾角孔深水平方向偏斜(m)垂直方向偏斜(m)孔斜率备注(nun)(°)(mm)(%)N

5、C2-2-2735.20+0.05-0.280.8NC2-2-28端35.17-0.19-0.331.1要求孔NC2-2-29头165035.00+0.04-0.160.5斜2%以NC2-2-30锚35.10+0.14-0.351.0内MCI-741.27+0.29+0.281.0NC2-1-3140.27-0.04+0.130.16NC2-1-3240.36+0.05-0.020.39NC2-1-3339.74+0.34+0.200.84NC1-2-3236.04+0.12+0.320.95NC1-2-3336.12+0.12+0.

6、040.35NC1-1-34对06.04+0.01-0.040.11NC1-1-3535.16+0.04-0.090.28要求孔NC1-1-36036.45-0.07+0.110.50NC1-1-37穿16536.06+0.23-0.110.71斜1%以NC1-3-836.07-0.22-0.210.97NC1-3-935.41-0.08-0.180.56内NC1-3-10锚35.53-0.03-0.040.14NC1-3-2736.12+0.15-0.010.42NC1-3-2836.04-0.05-0.160.47NC1-3-29

7、35.68+0.28-0.020.79NC2-1-65.7729.85+0.22+0.120.54NC2-1-729.85-0.15-0.200.84NC2-1-829.850.110.090.532.快速施工和质量控制技术快速施工：•合理选择钻孔参数，大大提高成孔速度(由2〜3m/h提高到5〜7m/h)；•配制高强混凝土（&大于40MPa）o质量控制：•锚索预应力均匀度的控制一一锚索安装偏斜率＜1%;•钢绞线的受力均匀度控制一一双向预紧；•锚索长期工作稳定性的控制一一低松弛钢绞线，控制张拉锁定应力，预加固破碎岩体等。至今，船闸高边坡

8、直立墙实测位移为20〜43mm,且近两年以来已经稳定。完全符合设计要求，锚索预应力变化在10%以内，符合规范要求。图3锚索荷载一一时间曲线图4锚索荷载一一时间曲线图5锚索荷载一・时间曲线图3锚索荷载一时1可曲线图4锚索荷